zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-2080Research ArticleСтатьиМеханизм поляризационного переключения в полупроводниковых поверхностно-излучающих лазерахPolarization Switching Mechanism in Semiconductor Surface-Emitting LasersБуровЛ. В.BurovL. I.

Минск

Minsk

burov@bsu.byВоропайЕ. С.VoropayE. S.

Минск

Minsk

Белорусский государственный университетBelarusian State University2026220120269313038Copyright © Буров Л.В., Воропай Е.С., 20262026Буров Л.В., Воропай Е.С.Burov L.I., Voropay E.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/2080

На основе представленного ранее описания формирования поляризованного излучения в лазерных системах проведено численное моделирование процесса поляризационных переключений в длинноволновых поверхностно-излучающих лазерах (VCSEL). Анализ полученных результатов для выходной мощности, мощности поляризационных мод и степени поляризации показал, что в данном случае не наблюдается принципиальных отличий от случая коротковолнового VCSEL, исследованного ранее. Это позволило сформулировать ряд общих выводов по механизмам и динамике формирования поляризационных характеристик в VCSEL, основной из которых — утверждение о том, что поляризационное переключение в VCSEL является полностью детерминированным процессом перехода от одной предельной поляризации к ортогональной через последовательность частично поляризованных состояний при малом изменении тока в области поляризационного переключения.

Based on the previously developed method for describing the polarized radiation formation in laser systems, numerical modeling of the polarization switching process in long-wavelength surface-emitting lasers (VCSEL) has been made. The analysis of the obtained results for output power, power of polarization modes, and degree of polarization showed, that in this case, there are no fundamental differences from the case of short-wavelength VCSELs that were studied earlier. This allowed for the formulation of a number of general conclusions regarding the mechanisms and dynamics of polarization characteristic formation in VCSELs, the main one being the assertion that the polarization switching process in VCSELs is a totally deterministic process transitioning from one limiting polarization to orthogonal one through a sequence of partially polarized states with a small change in current in the polarization switching region.

поляризационное переключениеповерхностно-излучающий полупроводниковый лазеранизотропияполяризационный гистерезисpolarization switchingsurface-emitting semiconductor laseranisotropypolarization hysteresisReferencesA. Liu, P. Wolf, J. A. Lott, D. Bimberg. Photon. Res., 7, N 2 (2019) 121—136A. Liu, P. Wolf, J. A. Lott, D. Bimberg. Photon. Res., 7, N 2 (2019) 121—136VCSELs, Fundamentals, Technology and Applications of Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers, Ed. R. Michalzik, Springer (2013) 3—18VCSELs, Fundamentals, Technology and Applications of Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers, Ed. R. Michalzik, Springer (2013) 3—18C. J. Chang-Hasnain, J. P. Harbison, L. T. Florez, N. G. Stoffel. Electron. Lett., 27, N 2 (1991) 163—164C. J. Chang-Hasnain, J. P. Harbison, L. T. Florez, N. G. Stoffel. Electron. Lett., 27, N 2 (1991) 163—164Y. C. Chen, J. M. Liu. Appl. Phys. Lett., 45, N 6 (1984) 604—606Y. C. Chen, J. M. Liu. Appl. Phys. Lett., 45, N 6 (1984) 604—606A. Klehr, A. Barwolf, R. Muller, M. Voss, J. Sacher, W. Elsasser, E. O. Gobel. Electron. Lett., 27, N 18 (1991) 1680—1682A. Klehr, A. Barwolf, R. Muller, M. Voss, J. Sacher, W. Elsasser, E. O. Gobel. Electron. Lett., 27, N 18 (1991) 1680—1682A. Larson. IEEE J. Sel. Top. Quant. Electron., 17, N 2 (2011) 1552—1567A. Larson. IEEE J. Sel. Top. Quant. Electron., 17, N 2 (2011) 1552—1567J. N. Damask. Polarization Optics in Telecommunications, Springer (2005)J. N. Damask. Polarization Optics in Telecommunications, Springer (2005)K. D. Choquette, R. E. Leibenguth. IEEE Phot. Technol. Lett., 6, N 1 (1994) 40—42K. D. Choquette, R. E. Leibenguth. IEEE Phot. Technol. Lett., 6, N 1 (1994) 40—42J. Gustavsson, A. Haglund, J.A. Vukusic´, J. Bengtsson, P. Jedrasik, A. Larsson. Opt. Express, 13, N 17 (2005) 6626J. Gustavsson, A. Haglund, J.A. Vukusic´, J. Bengtsson, P. Jedrasik, A. Larsson. Opt. Express, 13, N 17 (2005) 6626H. Kawaguchi. Adv. Lasers, Berlin (2015) 1—17H. Kawaguchi. Adv. Lasers, Berlin (2015) 1—17T. Numai. Fundamentals of Semiconductor Lasers, Springer (2015)T. Numai. Fundamentals of Semiconductor Lasers, Springer (2015)П. А. Апанасевич. Основы теории взаимодействия света с веществом, Минск, Наука и техника (1977)П. А. Апанасевич. Основы теории взаимодействия света с веществом, Минск, Наука и техника (1977)J. Danckaert, B. Nagler, J. Albert, K. Panajotov, I. Veretennicoff, E. Erneux. Opt. Commun., 201 (2002) 129—137J. Danckaert, B. Nagler, J. Albert, K. Panajotov, I. Veretennicoff, E. Erneux. Opt. Commun., 201 (2002) 129—137M. San Miguel, Q. Feng, J. V. Moloney. Phys. Rev. A, 52, N 2 (1995) 1728M. San Miguel, Q. Feng, J. V. Moloney. Phys. Rev. A, 52, N 2 (1995) 1728W. Kuo, Y. Wu, Y. Li, T. Yen. IEEE Photon. Technol. Lett., 24, N 24 (2012) 2262—2264W. Kuo, Y. Wu, Y. Li, T. Yen. IEEE Photon. Technol. Lett., 24, N 24 (2012) 2262—2264VCSELs, Fundamentals, Technology and Applications of Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers, Ed. R. Michalzik, Springer (2013) 19—549VCSELs, Fundamentals, Technology and Applications of Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers, Ed. R. Michalzik, Springer (2013) 19—549A. Molitor, S. Hartmann, W. Elsäßer. Opt. Lett., 37, N 22 (2012) 4799—4801A. Molitor, S. Hartmann, W. Elsäßer. Opt. Lett., 37, N 22 (2012) 4799—4801Н. В. Дьячков, А. П. Богатов. Квант. электрон., 41, № 1 (2011) 20—25Н. В. Дьячков, А. П. Богатов. Квант. электрон., 41, № 1 (2011) 20—25T. Ackemann, M. Sondermann. Appl. Phys. Lett., 78 (2001) 3574—3576T. Ackemann, M. Sondermann. Appl. Phys. Lett., 78 (2001) 3574—3576M. Virte, E. Mirisola, M. Sciamanna, K. Panajotov. Opt. Lett., 40, N 8 (2015) 1865—1867M. Virte, E. Mirisola, M. Sciamanna, K. Panajotov. Opt. Lett., 40, N 8 (2015) 1865—1867J. Martin-Regalado, S. Balle, M. San Miguel. Quantum Sem. Opt., 9 (1997) 713—736J. Martin-Regalado, S. Balle, M. San Miguel. Quantum Sem. Opt., 9 (1997) 713—736С. И. Вавилов. Микроструктура света, Москва, АН СССР (1950)С. И. Вавилов. Микроструктура света, Москва, АН СССР (1950)Л. И. Буров, А. П. Клищенко, А. П. Листопад. Журн. прикл. спектр., 64, № 5 (1997) 595—602 [L. I. Burov, A. P. Klishchenko, A. P. Listopad. J. Appl. Spectr., 64, N 5 (1997) 607—615]Л. И. Буров, А. П. Клищенко, А. П. Листопад. Журн. прикл. спектр., 64, № 5 (1997) 595—602 [L. I. Burov, A. P. Klishchenko, A. P. Listopad. J. Appl. Spectr., 64, N 5 (1997) 607—615]М. Джадан, Л. И. Буров, А. С. Горбацевич. Журн. прикл. спектр., 79 (2012) 593—598 [M. Jadan, L. I. Burov, A. S. Gorbatsevich. J. Appl. Spectr., 79 (2012) 577—582]М. Джадан, Л. И. Буров, А. С. Горбацевич. Журн. прикл. спектр., 79 (2012) 593—598 [M. Jadan, L. I. Burov, A. S. Gorbatsevich. J. Appl. Spectr., 79 (2012) 577—582]Л. И. Буров, И. Н. Варакса. Журн. прикл. спектр., 68, № 1 (2001) 67—70 [L. I. Burov, I. N. Varaksa. J. Appl. Spectr., 68 (2001) 88—93]Л. И. Буров, И. Н. Варакса. Журн. прикл. спектр., 68, № 1 (2001) 67—70 [L. I. Burov, I. N. Varaksa. J. Appl. Spectr., 68 (2001) 88—93]W. W. Chow, S. W. Koch, M. Sargent III. Semiconductor-Laser Physics, Berlin, Springer (1997) 245W. W. Chow, S. W. Koch, M. Sargent III. Semiconductor-Laser Physics, Berlin, Springer (1997) 245L. A. Coldren, S. W. Corzine. Diode Lasers and Photonic Integrated Circuits, Wiley, New York (1995)L. A. Coldren, S. W. Corzine. Diode Lasers and Photonic Integrated Circuits, Wiley, New York (1995)D. Sua, E. Towe, P. H. Ostdick, J. W. Grautham, G. J. Vansuah. IEEE J. Sel. Top. Quant. Electron., 1 (1995) 674—680D. Sua, E. Towe, P. H. Ostdick, J. W. Grautham, G. J. Vansuah. IEEE J. Sel. Top. Quant. Electron., 1 (1995) 674—680M. B. Willemsen, M. U. F. Khalid, M. P. van Exter, J. P. Woerdman. Phys. Rev. Lett., 82 (1999) 4815M. B. Willemsen, M. U. F. Khalid, M. P. van Exter, J. P. Woerdman. Phys. Rev. Lett., 82 (1999) 4815D. Burak, J. V. Moloney, R. Binder. Phys. Rev. A, 61 (2000) 53809—53830D. Burak, J. V. Moloney, R. Binder. Phys. Rev. A, 61 (2000) 53809—53830G. Berger, R. Muller, A. Klehr, M. Voss. J. Appl. Phys., 77 (1995) 6135—6144G. Berger, R. Muller, A. Klehr, M. Voss. J. Appl. Phys., 77 (1995) 6135—6144A. Valle, A. Shore, L. Pesquera. J. Lightwave Techn., 14, N 9 (1996) 2062—2068A. Valle, A. Shore, L. Pesquera. J. Lightwave Techn., 14, N 9 (1996) 2062—2068A. K. Jansen van Doom, M. P. van Exter, J. P. Woerdman. IEEE J. Quant. Electron., 34 (1998) 700—706A. K. Jansen van Doom, M. P. van Exter, J. P. Woerdman. IEEE J. Quant. Electron., 34 (1998) 700—706M. Travagnin. Phys. Rev. A, 56 (1997) 4094—4105M. Travagnin. Phys. Rev. A, 56 (1997) 4094—4105S. F. Yu. Analysis and Design Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers in Semiconductors, New Jersey, Wiley (2003)S. F. Yu. Analysis and Design Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers in Semiconductors, New Jersey, Wiley (2003)M. P. van Exter, A. K. J. van Doorn, J. P. Woerdman. Phys. Rev. A, 56 (1997) 845—853M. P. van Exter, A. K. J. van Doorn, J. P. Woerdman. Phys. Rev. A, 56 (1997) 845—853R. F. M. Hendriks, M. P. van Exter, J. P. Woerdman, A. van Geelen, L. Weegels, R. H. Gulden, M. Moser. Appl. Phys. Lett., 71 (1997) 2599—2601R. F. M. Hendriks, M. P. van Exter, J. P. Woerdman, A. van Geelen, L. Weegels, R. H. Gulden, M. Moser. Appl. Phys. Lett., 71 (1997) 2599—2601C. Z. Ning, J. V. Moloney. Opt. Lett., 20 (1995) 1151—1153C. Z. Ning, J. V. Moloney. Opt. Lett., 20 (1995) 1151—1153Y. Liu, W.-C. Ng, K. D. Choquette, K. Hess. IEEE J Quant. Electron., 41, N 1 (2005) 15—25Y. Liu, W.-C. Ng, K. D. Choquette, K. Hess. IEEE J Quant. Electron., 41, N 1 (2005) 15—25L. I. Burov, P. M. Lobatsevich. J. Belarusian State University. Physics, N 2 (2024) 20—29L. I. Burov, P. M. Lobatsevich. J. Belarusian State University. Physics, N 2 (2024) 20—29Л. И. Буров, Д. О. Гавриков, П. М. Лобацевич. Журн. БГУ. Физика, № 1 (2025) 17—27Л. И. Буров, Д. О. Гавриков, П. М. Лобацевич. Журн. БГУ. Физика, № 1 (2025) 17—27Л. И. Буров, А. С. Горбацевич, П. М. Лобацевич. Вестн. БГУ, № 3 (2016) 63—70Л. И. Буров, А. С. Горбацевич, П. М. Лобацевич. Вестн. БГУ, № 3 (2016) 63—70C. Masoller, M. S. Torre. Opt. Express, 16, N 26 (2008) 21282C. Masoller, M. S. Torre. Opt. Express, 16, N 26 (2008) 21282P. Perez, A. Valle, L. Pesquera. J. Opt. Soc. Am. B, 31, N 11 (2014) 2574—2580P. Perez, A. Valle, L. Pesquera. J. Opt. Soc. Am. B, 31, N 11 (2014) 2574—2580J. R. Treduce, G. L. Lippi, P. Mandel, B. Charasse, A. Chevalier, B. Picque. Am. J. Phys., 72 (2004) 799—809J. R. Treduce, G. L. Lippi, P. Mandel, B. Charasse, A. Chevalier, B. Picque. Am. J. Phys., 72 (2004) 799—809D. V. Kuksenkov, H. Temkin, S. Swirhun. Appl. Phys. Lett., 67 (1995) 2141—2143D. V. Kuksenkov, H. Temkin, S. Swirhun. Appl. Phys. Lett., 67 (1995) 2141—2143

The authors declare that there are no conflicts of interest present.